Создание одноступенчатой ракеты и исследование её аэродинамических свойств

Актуальность

Ракета — это летательный аппарат, который тяжелее воздуха; полет ракеты основан на реактивном принципе. Первые ракеты появились в Китае вскоре после изобретения пороха, они служили для фейерверков. Много позднее ракеты стали применять и в военных целях. Авторы создавали свою ракету с целью образовательной: изучить, сконструировать и запустить, проанализировать результаты.

Цель

Разработать 3D-модель одноступенчатой ракеты и рассчитать ее физические характеристики.

Задачи

1. Создать 3D-модель ракеты.
2. Сконструировать собственную материальную модель ракеты.
3. Рассчитать физические характеристики полученной ракеты.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• программируемый контроллер Arduino
• твердотопливный двигатель
• персональный компьютер с установленным на него ПО: Adobe Photoshop, SolidWorks, Arduino IDE
• 3D-принтер

Описание

Практическая часть работы заключалась в следующем:

Выполнили модель ракеты в программе SolidWorks, задали в программе высоту модели, диаметр корпуса, форму обтекателя и стабилизаторов, их количество. Программа рассчитала центр давления. Подготовили все элементы ракеты: корпус, обтекатель, стабилизаторы, систему спасения – парашют площадью 1017 см².

Нашли опытным путём центр тяжести ракеты, он оказался выше центра давления на 67 мм, что больше диаметра корпуса в 1,67 раз. Рассчитали, что при таком расположении центра тяжести полет ракеты будет более стабильным.

Определили центр тяжести ракеты с отработанным двигателем на спуске (для обеспечения горизонтальности этого спуска) и собрали ракету.

Вес ракеты в собранном виде составил 294 грамма.

Характеристики двигателя МРД 20-10-0, на котором будет стартовать модель, показывают, что мы уложились в предельно допустимый вес для выполнения задачи.

Затем математически рассчитали скорость, ускорение, высоту полета. Брали поправочный коэффициент 0,8 для того, чтобы учесть все факторы, влияющие на изменение идеальных показателей.

При расчете использовали характеристики двигателя, стартовый вес модели и рекомендуемые константы.

Результаты работы/выводы

Авторы уверены, что полет пройдет нормально (в связи с ограничениями и переходом на дистанционное обучение запуск был отложен), система спасения сработает верно и спуск датчика будет успешным, теоретические расчеты совпадут с данными датчика.

Перспективы использования результатов работы

Предполагаем, что можно поместить разработанную 3D-модель в среду, имитирующую условия запуска натурной модели и сравнить расчетные виртуального пространства с данными реального запуска.